一种Li掺杂ZnO晶体薄膜的制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201611029842.5 | 申请日 | 2016-11-15 | 公开(公告)号 | CN106676633A | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 常州大学; | 发明人 | 王茂华; 孙尉杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及Li掺杂的p型ZnO晶体 薄膜 的制备方法，属于 半导体 材料技术领域。将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于乙二醇甲醚 溶剂 中，再加入 柠檬酸 ， 水 浴搅拌后加入LiCl继续搅拌得到均匀的 胶体溶液 ，将此溶液静置后得到溶胶；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗、烘干后的玻璃片上 镀 膜 ，将玻璃片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着；再通过恒速 马 达以恒定的提拉速度将玻璃片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，利用重 力 作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面；最后升温到400‑600℃，在空气中对薄膜 热处理 ，得到Li掺杂ZnO薄膜。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种Li掺杂ZnO晶体薄膜的制备方法，其特征在于：将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于乙二醇甲醚溶剂中，再加入柠檬酸，水浴搅拌后加入LiCl继续搅拌得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置后得到溶胶；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗、烘干后的玻璃片上镀膜，将玻璃片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着；再通过恒速马达以恒定的提拉速度将玻璃片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面；最后升温到400-600℃，在空气中对薄膜热处理，得到Li掺杂ZnO薄膜。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种Li掺杂ZnO晶体薄膜的制备方法技术领域背景技术[0002] 常温下，ZnO的静带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，它是一种重要的II-Ⅵ族半导体材料，它化学性质稳定，无毒，同时具有良好的电性能和生物相容性，被广泛地应用在气敏传感器，光电探测器，发光二极管，压敏电阻，压电设备等方面，在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力，逐渐成为电子元器件材料研究的热点。 [0003] 制备可控的n型和p型ZnO透明晶体薄膜是是实现ZnO基光电器件应用的关键。目前，人们对于n型ZnO晶体薄膜的研究已经比较充分，通过掺杂Al，Ga,In等施主元素，已经能够实现具有优异性能的n型晶体薄膜的实时掺杂生长。然而，ZnO的p型掺杂却遇到了诸多困难，这主要由于受主掺杂元素在ZnO中的固溶度很低，受主能级一般很深，而且ZnO本身存在着诸多本征施主缺陷(如间隙锌Zni和空位氧Vo)，对受主会产生高度的自补偿效应。如何实习具有优异性能的p型ZnO的薄膜的实时掺杂已成为目前制约ZnO基光电器件发展的一个瓶颈。国际上报道过的可以作为p型ZnO掺杂材料有V族元素：N，P，As等和I族元素Li，Na等。然而在理论计算方面，I族元素Li，Na作为受主有着比V族元素浅的受主能级且均为金属元素，本发明对Li掺杂ZnO晶体薄膜进行探索研究。 [0004] 目前合成掺杂ZnO的方法主要有固相合成法法，磁控溅射法，脉冲激光沉积法，热蒸发法和金属有机化学气相沉积法等。其中固相合成法不仅需要耗费大量的反应时间和非常高的温度，而且所得的产物颗粒大且不均匀。磁控溅射等方法对设备和材料有着严格的要求，很难实习大批量大规模的生产，这大大限制了其在纳米器件领域的应用。本发明采用一步法溶胶凝胶法合成Li掺杂ZnO，以柠檬酸为螯合剂制备出高性能的Li掺杂ZnO透明导电薄膜，该工艺简单，易于操作，适合工业化生产，不仅具备了溶胶凝胶法合成温度低，产品均匀性好粒径小的优点，而且克服了常规溶胶凝胶合成周期长，操作复杂繁琐，污染大和成本高的缺点。本发明填补了行业内的空白，对研究Li掺杂ZnO薄膜的探索研究具有非常重要的意义。 发明内容[0005] 针对现有研究存在的空白，本发明的目的是克服目前p型ZnO掺杂所存在的不足，提供Li掺杂p型ZnO晶体薄膜的方法。 [0006] 本发明的Li掺杂p型ZnO晶体薄膜的方法，采用的是溶胶凝胶法，其步骤如下： [0007] 将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于乙二醇甲醚溶剂中，再加入柠檬酸，水浴搅拌后加入LiCl继续搅拌得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置后得到溶胶；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗、烘干后的玻璃片上镀膜，将玻璃片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着；再通过恒速马达以恒定的提拉速度将玻璃片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面；最后升温到400-600℃，在空气中对薄膜热处理，得到Li掺杂ZnO薄膜。 [0008] 所述Zn(CH3COO)2·2H2O、乙二醇甲醚溶剂和柠檬酸的质量体积比为：2.46-2.50g：100ml：10g。 [0009] 所述LiCl中的Li+与Zn(CH3COO)2·2H2O中的Zn2+的摩尔比为：0.01-0.05。 [0010] 所述水浴搅拌指在60-70℃条件下水浴搅拌1-2h。 [0011] 所述继续搅拌的时间为1-2h；静置时间为24h。 [0013] 所述玻璃片慢慢浸入溶胶的下降速度为3000mm/s。 [0014] 所述再通过恒速马达以恒定的提拉速度将玻璃片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，指再通过恒速马达以1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s。 [0015] 所述镀膜的次数为1-5次。 [0016] 所述升温速率为3℃/min，热处理时间为2h。 [0017] 本发明的优点和积极效果：(1)使用溶胶凝胶法，无需大型昂贵设备，成本低，易于控制掺杂量，能够大规模生产；(2)本发明制备的ZnO薄膜均匀致密，表面形貌良好，没有任何龟裂现象；(3)使用柠檬酸为螯合剂，可从植物中提取，纯天然无污染，生产安全；(4)制备的薄膜具有良好的透光导电性能，具有很好的重复性和稳定性。附图说明 [0020] 图3为实施例1制备样品的透光率谱图分析，由图可以看出经过Li掺杂后ZnO薄膜的透光率提高，当掺杂比为0.01和0.02时，透光率最好。 具体实施方式[0021] 下面结合实施例对本发明进一步说明 [0022] 实施例1 [0023] 称取2.46g的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100ml乙二醇甲醚溶剂中，加入10g柠檬酸，在70℃条件下水浴搅拌2h后，得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置24h，得到溶胶；选用玻璃片作为基片，将基片依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声波清洗10min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗好的衬底材料上镀膜。 以3000mm/s的下降速度将载玻片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着。再通过恒速马达以1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面。重复上述提拉过程2次。最后以3℃/min的升温速率，在600℃条件下在空气中对对薄膜热处理2h，得到未掺杂的ZnO薄膜。 [0025] 实施例2 [0026] 称取2.46g的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100ml乙二醇甲醚溶剂中，加入10g柠檬酸，在70℃条件下水浴搅拌1h后，然后再按Li+占Zn2+的摩尔比为1％加入LiCl，继续搅拌2h，得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置24h，得到溶胶；选用玻璃片作为基片，将基片依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声波清洗10min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗好的衬底材料上镀膜。以3000mm/s的下降速度将载玻片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着。再通过恒速马达以 1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面。重复上述提拉过程2次。 最后以3℃/min的升温速率，在600℃条件下在空气中对对薄膜热处理2h，得到Li掺杂ZnO薄膜。 [0027] 实施例3 [0028] 称取2.46g的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100ml乙二醇甲醚溶剂中，加入10g柠檬酸，在70℃条件下水浴搅拌1h后，然后再按Li+占Zn2+的摩尔比为2％加入LiCl，继续搅拌2h，得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置24h，得到溶胶；选用玻璃片作为基片，将基片依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声波清洗10min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗好的衬底材料上镀膜。以3000mm/s的下降速度将载玻片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着。再通过恒速马达以 1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面。重复上述提拉过程2次。 最后以3℃/min的升温速率，在600℃条件下在空气中对对薄膜热处理2h，得到Li掺杂ZnO薄膜。 [0029] 实施例4 [0030] 称取2.46g的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100ml乙二醇甲醚溶剂中，加入10g柠檬酸，在70℃条件下水浴搅拌1h后，然后再按Li+占Zn2+的摩尔比为3％加入LiCl，继续搅拌2h，得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置24h，得到溶胶；选用玻璃片作为基片，将基片依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声波清洗10min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗好的衬底材料上镀膜。以3000mm/s的下降速度将载玻片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着。再通过恒速马达以 1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面。重复上述提拉过程2次。 最后以3℃/min的升温速率，在600℃条件下在空气中对对薄膜热处理2h，得到Li掺杂ZnO薄膜。 [0031] 实施例5 [0032] 称取2.46g的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100ml乙二醇甲醚溶剂中，加入10g柠檬酸，在+ 2+70℃条件下水浴搅拌1h后，然后再按Li占Zn 的摩尔比为5％加入LiCl，继续搅拌2h，得到均匀的胶体溶液，将此溶液静置24h，得到溶胶；选用玻璃片作为基片，将基片依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声波清洗10min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；采用浸渍提拉法将所得到的溶胶在清洗好的衬底材料上镀膜。以3000mm/s的下降速度将载玻片慢慢浸入溶胶，利用溶胶具备一定的粘性使湿溶胶被玻璃载片附着。再通过恒速马达以 1333mm/s的提拉速度将玻璃载片平稳地从湿凝胶里慢慢提拉出来，提拉高度为90mm，停留时间为480s，利用重力作用使湿凝胶均匀分布在玻璃载片的两面。重复上述提拉过程2次。 最后以3℃/min的升温速率，在600℃条件下在空气中对对薄膜热处理2h，得到Li掺杂ZnO薄膜。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈